DE10010273A1

DE10010273A1 - Verfahren für das Aneinanderfügen metallischer Bänder

Info

Publication number: DE10010273A1
Application number: DE2000110273
Authority: DE
Inventors: Gerhard Ziemek
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-03-02
Filing date: 2000-03-02
Publication date: 2001-09-06

Abstract

Zum Verbinden dünnwandiger metallischer Bänder mittels Lichtbogenschweißen wird der elektrische Strom der Elektrode impulsweise zugeführt, der Lichtbogen in der Bandmitte gezündet und unter Verringerung der Impulsfrequenz des elektrischen Stroms auf eine erste Bandkante zugeführt. Anschließend wird die Elektrode zum Ausgangspunkt zurückgefahren, neu gezündet und bei gleicher Impulsfrequenzsteuerung zur zweiten Bandlängskante geführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für das Aneinanderfügen dünnwandiger metallischer Bänder durch Lichtbogenschweißen unter Bildung von quer zur Wandlängserstreckung geführten Schweißnähten.

In der Kabelindustrie werden Metallbänder eingesetzt, die als mechanischer Schutz um Kabelseelen gelegt werden. Sie können auch längsverschweißt in glatter oder gewellter Form als Leiter dienen, z. B. als Koaxialkabel. Da Kabel häufig in größeren Mengen gebraucht werden als Metallbänder gefertigt werden können, müssen die Bänder aneinandergeschweißt werden. Das Schweißen quer zur Bandlängsrichtung zum Verbinden der Stoßkanten führt häufig an den Bandkanten zu kerbförmigen Einbränden, wie beispielsweise die Fig. 1 zeigt. Der Einbrand kann dadurch beseitigt werden, daß die Bänder nach dem Querschweißen an den Kanten durch Rollenscheren beschnitten werden. Der Einbrand stört daher nicht, wenn die Metallbänder anschließend um die Kabelseele geformt und längsverschweißt werden. Die beiden an den Kanten abgeschnittenen Streifen sind Abfall, sie werden deshalb auch Abfallstreifen genannt. Das Metall kann zwar wieder eingeschmolzen werden, aber der Veredelungswert zwischen Metall und gewalztem Band ist unwiederbringlich verloren.

Für das Schneiden mit Rollenscheren muß ein Abfallstreifen eine Mindestbreite haben, die nicht unterschritten werden darf. Sie ist abhängig von der Banddicke und beträgt wenigstens 1 bis 3 mm. Unterhalb dieser Maße ist ein Schnitt nicht möglich. Es ist einleuchtend, daß deshalb der Schrottanteil prozentual mit der Verringerung der Bandbreite wächst. Im Zuge einer Kostenreduzierung wird deshalb versucht, ohne Abfallstreifen zu arbeiten, indem die Bandkanten nicht mehr besäumt, sondern nur oxidfrei geschliffen werden, wie beispielsweise das DE-Gebrauchsmuster 297 17 046 erläutert.

Mit der Einsparung des Abfallstreifens muß aber gewährleistet sein, daß an den Kanten keine Einbrandkerbe entsteht, denn Einbrände führen automatisch zu Löchern beim Längsschweißen. Die Fig. 2 zeigt schematisch als Draufsicht das Entstehen eines Einbrandes an der Bandkante. Der Schweißpunkt in der Mitte wird unter einem Winkel α zur Bandkante geführt. Die Quernaht endet an den Bandkantenpunkten A und B. Die gestrichelten Linien deuten die Isothermen um den Schweißpunkt als Wärmequelle an. Sie ergeben sich durch die Energiezufuhr über die Elektrode, die Wärmeleitfähigkeit des zu verschweißenden Materials und die Materialdicke. An Stellen, wo die Temperatur den Schmelzpunkt des zu verschweißenden Materials hinreichend überschreitet, wird das Metall flüssig und die beiden zu verschweißenden Stoßkanten laufen ohne Zusatzmaterial zusammen. Wenn der Schweißpunkt unter der Elektrode den zu verschweißenden Bandkanten folgend auf den Punkt A zuläuft, kann die Wärme nicht wie in der Mitte des Bandes nach allen Seiten ablaufen. Es kommt zu einem Wärmestau, der zu einer Temperaturerhöhung führt. Die Temperaturerhöhung verursacht eine Abnahme der Viskosität der Schmelze, die dadurch instabil wird und zu einem Einbrand führt. Um einen solchen zu vermeiden, ist es bekannt, zwei Plättchen P₁ und P₂ aus dem gleichen Material wie das zu verschweißende Band an die Bandkanten zu legen. Sie verhindern den Wärmestau durch ausreichende Wärmeableitung. Wenn diese Plättchen jedoch nicht vollständig flächig an den Kanten anliegen, zum Beispiel durch menschliches Versagen oder schlechte Kontaktflächen, kommt es trotzdem zu einem Einbrand. Das Problem ist aber umso größer, je dünner das Band ist. Besonders kritisch wird es bei Wanddicken unter 1 mm bei Aluminium und unterhalb von 0,6 mm bei Stahl und Kupfer. Die Stromstärken, die beim WIG-Schweißen (Wolfram in Erdgas) solcher Bänder notwendig sind, liegen zum Teil unter 50 Ampère. Bei dieser Stromstärke wird der Lichtbogen jedoch leicht instabil.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verbinden dünnwandiger metallischer Bänder zu schaffen, das ein Verschweißen mittels Lichtbogen geringer Stromstärken ermöglicht und an den Bandkanten Einbrände vermeidet. Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß der elektrische Strom der Elektrode zur Erzeugung des Lichtbogens impulsweise zugeführt wird, wobei der Lichtbogen in der Mitte des Bandes gezündet und unter Verringerung der Impulsfrequenz des elektrischen Stromes auf eine erste Bandlängskante zugeführt wird und anschließend zum Ausgangspunkt zurückgefahren, neu gezündet und bei gleicher Impulsfrequenzsteuerung auf die zweite Bandlängskante zugeführt wird.

Zur Stabilisierung von Lichtbögen geringer Stromstärke ist das Impulsschweißen bekannt. Hierbei wird die Trägheit der Wärmeleitung im Metall ausgenutzt, indem Impulse hoher Stromstärke zeitlich nacheinander erzeugt und zum Verschweißen verwendet werden. Mittelt man die Impulse über die Zeit, so ergibt sich für das Material ein stabiler Lichtbogen auch bei einer mittleren niedrigen Stromstärke. Dieses Verfahren wird hier zur Vermeidung von Einbränden gesteuert modifiziert angewendet.

Vorzugsweise wird die Änderung der Impulsfrequenz in Abhängigkeit vom Isothermenfeld gesteuert. Dabei kann die Temperatur durch beiderseits der Naht gleitende Thermoelementkontakte gemessen werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Temperaturmessungen optisch durchzuführen.

Ferner ist es von großer Bedeutung, daß die Elektrode, sobald der Lichtbogen die erste Bandlängskante erreicht hat, nicht vollständig bis zum Ausgangspunkt in der Bandmitte zurückgefahren wird, sondern der Lichtbogen auf der bereits geschweißten Naht neu gezündet wird, um den Schmelzpunkt an der Stoßkante zur zweiten Bandlängskante zu führen.

In weiterer vorteilhafter Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, als Schutzgas Helium zu verwenden, da beim WIG-Schweißen mit Helium eine schmalere Naht entsteht als bei Verwendung von Argon oder anderen Schutzgasen, was einer Stabilisierung der Schmelze an der Kante entgegenkommt.

In der Fig. 3 ist schematisch die auf ein zu verschweißendes Metallband zu übertragende Impulsfolge dargestellt. Es ist erkennbar, daß die Impulsabstände Δt₁ ausgehend von der Bandmitte allmählich beim Verfahren des Lichtbogens zur Bandkante zunehmen, d. h. die zeitliche Differenz Δt₁ zwischen zwei Impulsen in der Bandmitte ist größer als die Zeitdifferenzen Δt₂ im Kantenbereich.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt ein Querschweißen dünner Metallbänder auch im Kantenbereich, ohne das Anlegen wärmeableitender Metallplättchen, so daß diese zusätzlichen Hilfsmaßnahmen, die nicht in jedem Fall zu der gewünschten sicheren Vermeidung von Einbränden führen, entfallen können.

Claims

1. Verfahren für das Aneinanderfügen dünnwandiger metallischer Bänder durch Lichtbogenschweißen unter Bildung von quer zur Bandlängserstreckung geführten Schweißnähten, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der elektrische Strom der Elektrode zur Erzeugung des Lichtbogens impulsweise zugeführt wird, wobei
b) der Lichtbogen in der Mitte des Bandes gezündet und unter Verringerung der Impulsfrequenz des elektrischen Stroms auf eine erste Bandlängskante zugeführt wird und
c) anschließend die Elektrode zum Ausgangspunkt zurückgefahren, neu gezündet und bei gleicher Impulsfrequenzsteuerung zur zweiten Bandlängskante geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, sobald der Lichtbogen die erste Bandlängskante erreicht hat, der Schweißvorgang unterbrochen und die Elektrode bis kurz vor dem Ausgangspunkt in der Bandmitte zurückgefahren, und der Lichtbogen auf der bereits geschweißten Naht neu gezündet wird, um den Schmelzpunkt an der Stoßkante zur zweiten Bandlängskante zu führen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Impulsfrequenz in Abhängigkeit von Temperaturmeßergebnissen am Isothermenfeld gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturen durch beiderseits der Naht auf der Bandoberfläche gleitende Thermoelementkontakte gemessen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmessungen optisch durchgeführt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzgas Helium eingesetzt wird.